JPH04285159A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置に関し、
特に、厚い絶縁膜を形成するのに好適なスパッタ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタ装置は、種々の材料の成膜装置
として、各方面でニーズが高まっている。例えば、薄膜
磁気ヘッド等の保護膜としての絶縁膜を形成するときに
使用され、このときには、数十ミクロンと比較的厚い膜
をつける。このように厚い膜を形成するときは、成膜時
間が十数時間にも及ぶため、ウエハの単位時間当たりの
処理枚数を示すスループットの向上が強く望まれている
。スループットを向上するためには、成膜レートの増加
か、または、ターゲットサイズの大型化による基板処理
枚数の増加が必要となる。勿論、両者をともに増加すれ
ば、さらによい。

【０００３】成膜レートは、ターゲットへの投入パワー
に比例するので、成膜レートの増加のためには、この投
入パワーを増やしている。また、基板処理枚数を増加す
るために、例えば、従来は、φ１５”ターゲットサイズ
で、φ３”の基板８枚を同時に処理していたものに対し
て、ターゲットサイズをφ２１”にして、基板の同時処
理枚数を８枚から１６枚にする等の対策を講じている。

【０００４】ところで、一般に、保護膜として使用され
る絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等のように金属の酸
化物であることが多く、このため、ターゲットはこれら
の焼結体であることが多い。また、ターゲットは、スパ
ッタ中の温度上昇を防ぐために冷却されている。一方、
焼結体は比較的もろいために、焼結体をターゲットとす
る場合は、ターゲットをバッキングプレートと呼ばれる
金属板にメタルボンデイングで固定し、スパッタ中は、
このバッキングプレートを冷却することによって、間接
的に、ターゲットを冷却する。

【０００５】バッキングプレートにターゲットが固定さ
れた状態を図５に示す。図５は、バッキングプレートに
ターゲットが固定された状態を示す断面図である。同図
に示すように、ターゲット２はその周囲を放電防止リン
グ６１で囲われ、メタル６２を介して、バッキングプレ
ート３に固定されている。また、放電防止リング６１は
、複数のボルト３１によってバッキングプレート３に固
定されている。

【０００６】放電防止リング６１を設ける理由を説明す
る。ターゲット２は、例えば、Ｉｎ等のメタル６２によ
って、バッキングプレート３に固定されている。メタル
６２は常温で固体であり、はり合せる時には、バッキン
グプレート３及びターゲット２を加熱する。また、メタ
ル６２の厚さは１／１００ｍｍ程度である。はり合せ時
において、メタル６２のターゲット周辺からのはみ出し
を完全になくすことはできない。このために、放電防止
リング６１を使用し、メタル６２のはみ出しをかくして
、スパッタ放電時の、メタル６２部での異常放電を防止
するのである。

【０００７】上記構造の場合においては、ターゲット２
は、メタル６２を介して、バッキングプレート３に完全
に固定された状態である。スパッタ放電中は、ターゲッ
ト表面から数ｗ／ｃｍ２程度の入熱がある。このため、
バッキングプレート３のメタル６２と反対側の面を水冷
することによって、ターゲット２を冷却している。しか
し、ターゲット２とバッキングプレート３との熱伝導率
の差、および、それぞれの厚みのために、ターゲット２
の表面とバッキングプレート３との間には、かなりの温
度差を生じる。また、加熱されたターゲット２は加熱の
ため、膨張しようとする。しかし、図５に示す従来構造
では、ターゲット２は、メタル６２を介して、バッキン
グプレート３に完全に固定されているため伸びることが
できず、熱応力が生じる。ターゲット２への入熱量が大
きくなると、熱応力も大きくなり、ターゲット２がこの
熱応力に耐えきれず、この結果、ターゲットに割れが生
じる。これは、特に、大型のターゲットになるほど顕著
になる。このように、同図に示す構成では、ボンディン
グ工程の途中や、スパッタ中の熱応力のために、ターゲ
ットが割れるという問題がある。

【０００８】上記問題を解決するために、特開平１ー１
７７３６８号公報、特開昭５９ー１７０２６８号公報、
および特開昭６１ー２７９６７２号公報に記載の技術が
ある。これらの技術は、ターゲットを、直接、冷却しよ
うとするものである。特開平１ー１７７３６８号公報に
は、スパッタ装置の陰極内に、静電チャック電極とこれ
に静電的にチャッキングしたターゲットとの間を冷却す
るガスを導入するガス導入孔を形成することにより、陰
極にターゲットを着脱自在に取り付け可能とする技術が
記載されている。また、特開昭５９ー１７０２６８号公
報には、ターゲットとバッキングプレートとをねじ止め
し、その構成小間隙に減圧ガスを流して、ターゲットの
熱をガスを介してバッキングプレートの冷却水に吸収さ
せることによって、ターゲットの冷却と交換とを容易に
する技術が記載されている。また、特開昭６１ー２７９
６７２号公報には、ターゲットのスパッタ面と反対側の
面に冷却流体を直接接触させて、ターゲットを冷却し、
高電圧の印加を可能としてスパッタの高速度化を図る技
術が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
スパッタ中においては、ターゲットを、直接、冷却して
いるが、ターゲットの昇温をゼロに抑えることはできな
い。一方、ねじ、ボンディング材あるいは静電力によっ
て、ターゲットは、完全にバッキングプレートに拘束さ
れている。従って、スループットをさらに向上するため
に、ターゲットへの単位面積当りのパワーを従来以上に
増加し、成膜レートをさらに増加させ、または、ターゲ
ットサイズの大型化によって基板処理枚数を従来以上に
増加させたい場合においては、ターゲットが今まで以上
に加熱され、膨張する。この場合に、上記従来技術では
、ターゲットの片面の全面、又は、片面の外周は、冷却
されほとんど膨張のないバッキングプレートに固定され
ているので、熱応力が生じ、この結果、ターゲットに割
れを生じる場合があるという問題がある。

【００１０】また、ボンディング材を用いて、ターゲッ
トとバッキングプレートとを接合する場合は、ターゲッ
トの大型化とともに、ボンディング材の厚さにバラツキ
が生じやすい。ボンディング材の厚さにバラツキが生じ
、部分的にボンディング材がついていない箇所があると
、その部分だけ冷却効率が悪くなるので、ターゲット内
部の温度分布は不均一となり、その結果、ターゲット内
部に熱応力が生じ、ターゲット割れが発生するという問
題がある。

【００１１】本発明の目的は、スパッタ中のターゲット
割れを防止し、スループットを向上できるターゲット電
極を備えたスパッタ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ターゲット
電極を備えたスパッタ装置において、上記ターゲット電
極は、ターゲットのスパッタ面に対し、ターゲットを平
行に膨張可能に保持できるスパッタ装置によって達成で
きる。また、バッキングプレートが、熱伝導媒体を密封
する空間を有するようにすればさらによい。この熱伝導
媒体としては、液体金属や気体等を用いることができる
。

【００１３】

【作用】スパッタ中は、イオン等の衝撃によって、ター
ゲットのスパッタ面の温度は上昇する。この温度上昇を
防止するために、ターゲットを、直接あるいは間接的に
冷却する。しかし、ターゲットへの投入パワーが増大し
、または、ターゲットが大型化すると、ターゲットの冷
却は充分に行えない。一方、ターゲットは、バッキング
ップレート等に固定されている。従って、ターゲットの
熱膨張のためにターゲットに熱応力が生じ、その結果、
ターゲットに割れが発生する場合がある。

【００１４】本発明に係るスパッタ装置においては、タ
ーゲットは、ターゲットのスパッタ面に対し、水平方向
に移動可能に保持されるので、ターゲットが加熱されて
も、なんら拘束されずに自由に膨張でき、熱応力が生じ
ることはない。この移動可能な量は、ターゲットの外周
とターゲット押え手段とのギャップ分、あるいは、ター
ゲット押え手段を固定しているボルトの遊び穴分である
。この移動可能な量は、ターゲットの熱膨張に対して、
充分な量を確保する。

【００１５】また、本発明によれば、ターゲット電極は
、ターゲットとバッキングプレートとの間に、流動体か
らなる密閉された熱伝導媒体を介在させて、ターゲット
を保持できるので、メタルボンディング工程が不要であ
る。その結果、メタルボンディング工程でのターゲット
の昇温工程が省略できるので、従来、この工程で発生し
ていたターゲット割れをなくすことができる。

【００１６】さらに、バッキングプレートとターゲット
との間にはさみこむＧａ−Ｉｎ等の流動体からなる密閉
された熱伝導媒体は、常温で液体のために、従来のメタ
ルボンディングのように、部分的にかたよりが生じるこ
となく、ターゲットとバッキングプレートの間に、均一
にひろがる。このため、スパッタ中の熱負荷によって、
部分的にターゲットが加熱されるようなことがなく、ス
パッタ中の冷却効率の部分的なアンバランスが原因で生
じていたターゲット内部の不均一温度分布によるターゲ
ット割れを防止することができる。

【００１７】以上のような効果は、液体金属を、ターゲ
ットとバッキングプレートとの間に介在させる熱伝導媒
体とする場合に限られるものではなく、熱伝導媒体とし
てはガスでもよい。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図を用いて説明する
。図４は、本発明に係るスパッタ装置の概略構造を示す
断面図である。真空容器１内には、ターゲット２とバッ
キングプレート３等とを保持しスパッタ放電を行なう際
に陰極となるターゲット電極ホルダ５と、成膜される基
板９と基板ホルダ２３とを保持しスパッタ放電を行なう
際に陽極となる基板電極８とが、それぞれ、絶縁物６ま
たは絶縁物１１を介して設けられている。アースシール
ド７，１０は、安定なスパッタ放電のために、それぞれ
、ターゲット電極ホルダホ５及び基板電極８の周囲に、
一定の間隔を保って、真空容器１に設けられている。

【００１９】ターゲット電極ホルダ５には、高周波整合
回路１６を通して、高周波電源１８から高周波が印加さ
れる。また、基板電極８にも、同様に、高周波整合回路
１７を通して、高周波電源１９から高周波が印加される
。ターゲット電極ホルダ５の冷却水入口１２並びに冷却
水出口１３、及び、基板電極８の冷却水入口１４並びに
冷却水出口１５は、それぞれ、図示していない冷却水供
給装置と接続されていて、それぞれ、ターゲット２及び
基板９を冷却するための冷却水が流れる。

【００２０】真空容器１は、ゲート弁２０を介して、排
気装置２１と接続されており、真空容器１内は、高真空
に保持可能である。また、ガス導入口２４からは、Ａｒ
等のスパッタガスを真空容器１内へ導入できる。

【００２１】真空容器１内に設けられたシャッタ板２２
は、図示していない駆動系によって水平方向に移動する
ことができる。プロセス条件によっては、シャッタ板２
２を移動することによって、基板ホルダ２３またはター
ゲット２と、シャッタ板２２との間で放電させることが
できる。ターゲット２は、ターゲット押え金具４等のタ
ーゲット押え手段とバッキングプレート３とによって保
持されており、このターゲット押え金具４とバッキング
プレート３とを、通常、ターゲット電極と呼ぶ。　　次
に、図１を用いて、本発明に係るスパッタ装置のターゲ
ット電極の詳細構造の一例を示す。図１は、ターゲット
電極の断面図である。

【００２２】図１に示すように、バッキングプレート３
には、液体金属３３などの熱伝導媒体を満たすための凹
部が設けられている。その凹部に、例えば、Ｇａ−Ｉｎ
等の常温で液体の金属３３をすきまなく満たした状態で
、ターゲット２とバッキングプレート３とは密着接続さ
れる。ターゲット押え金具４は、ボルト３１によって周
方向に複数箇所で固定される。なお、液体金属３３のも
れを防止するために、Ｏリング３２でシールする構造に
なっている。また、スパッタ放電時のターゲット２表面
への入熱によってターゲット２が膨張しても、その膨張
がターゲット押え金具４によって拘束されるのを防止す
るために、ターゲット２の外周とターゲット押え金具４
の内面との間には、１〜２ｍｍ程度のギャップ７０が設
けられている。

【００２３】次に、図６，図７を用いて、ターゲット押
え金具４の具体例を示す。図６は、ターゲット押え金具
４とターゲット２だけを示す断面図であり、図７は、そ
の平面図である。実際には、ターゲット押え金具４には
、ボルト孔が複数設けられているが、図６，７において
は、それらの孔は省略した。図６に示すように、ターゲ
ット押え金具４の断面は段部を有し、ターゲット２は、
その段部に支えられる形状である。このターゲット押え
金具４は一体に製作されているのではなく、図７に示す
ように、４つの構成部材４ａからなる。このように４分
割した理由は、ターゲット押え金具４の熱膨張による、
ターゲットへの応力負荷と、一部だけを交換可能にする
ためである。なお、このターゲット押え金具４は、２分
割でもよく、また、それ以上に分割して製作もよい。

【００２４】次に、上記のスパッタ装置が稼働する場合
を説明する。スパッタ中に、イオン等の衝撃により、タ
ーゲット２のスパッタ面の温度が上昇し、その熱のため
に、ターゲット２の一部または全体が加熱される。ター
ゲット２で生じた熱は、液体金属３３等の熱伝導媒体に
よって、バッキングプレート３に伝導される。このバッ
キングプレート３は冷却されているので、ターゲット２
は、冷却されることになる。しかし、ターゲット２への
投入パワーが増大し、または、ターゲット２が大型化す
ると、ターゲットで発生する熱量が増大し、ターゲット
２の冷却は充分に行えない。その結果、ターゲット２に
は熱が蓄積され、ターゲット２は膨張する。上記構成で
は、ターゲット２に熱膨張が生じても、ギャップ７０が
設けられておりターゲット２は拘束されることはないの
で、ターゲット２に熱応力が生じることはなく、その結
果、ターゲットに割れが発生することもない。

【００２５】また、上記のように、ターゲット２をター
ゲット押え金具４に保持すれば、従来のようなメタルボ
ンディングの工程が不要となるので、この工程における
加熱の際に生じていたターゲット割れも防止することが
できる。

【００２６】次に、図２を用いて、ターゲット電極の詳
細構造の他の例を示す。図２は、図１の液体の金属３３
のかわりに、例えば、Ｈｅ等のガス４１を封じこめたタ
ーゲット電極の構造を示す断面図である。

【００２７】ガス導入口４２からガス４１を入れて、閉
止フランジ４３によってガス４１を封じ込める。図２に
示す例においては、ガス４１を熱伝導媒体としてターゲ
ットを冷却することができる。

【００２８】次に、図３を用いて、ターゲット電極の詳
細構造の他の例を示す。図３は、ターゲット電極とター
ゲット電極ホルダ５とを組合せた状態を示す断面図であ
る。ガスを利用する場合は、上記の液体金属の場合と同
様に、ターゲット２とバッキングプレート３との間に封
じこめて、ターゲット２表面からの熱をガスに伝えて、
バッキングプレート３の裏面を水冷することによってタ
ーゲット２を冷却する方法の他に、直接ガスによる冷却
方法も可能である。この方法は、バッキングプレート３
にガス配管を設けて、ガス圧を約１０Ｔｏｒｒ程度に保
ちながらガスを流し、このガスによって、直接、ターゲ
ット２を冷却するものである。

【００２９】図３に示すように、バッキングプレート３
は、ボルト５５によって、ターゲット電極ホルダ５に固
定される。スパッタ放電中は、ガス導入口５１及びガス
出口５２と、図示していないガス供給装置とをつないで
、常に、内部の圧力を１０Ｔｏｒｒ程度に保ちながら、
ターゲット２を冷却する。ガスは、Ｏリング５３及び５
４により他にもれない構造になっている。本例によれば
、他の実施例のように、液体金属をはさみこむ工程が省
略できるので、さらに組立が容易になる。

【００３０】また、ガス冷却においては、通常０．１ｗ
／ｃｍ２・℃程度の冷却効果があり、スパッタ時のター
ゲットへの入熱量数ｗ／ｃｍ２に対して、ターゲットの
温度上昇を数１０度程度におさえることができる。水冷
方式の場合には、さらに大きな冷却効率が期待できる。 当然、ガス冷却構造の場合でも、上記の液体金属の場合
と同様に、ターゲットはバッキングプレートに拘束され
ることなく、スパッタ中の熱負荷によるターゲット割れ
を防止できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、ターゲットを完全に固
定することなく保持でき、ターゲットを効率良く冷却す
ることができるので、スパッタ放電中のターゲットの膨
張によって発生する熱応力をなくすことができ、スパッ
タ放電中のターゲット割れを防止できる。従って、ター
ゲットが大型化してもターゲット割れを防止することが
できるので、生産性の安定に寄与することができる。ま
た、従来のターゲットへの投入パワー密度に対して、数
倍のパワーを印加しても、ターゲットに熱応力は生じな
いので、成膜レートを上げて、生産性の向上が可能とな
る。さらに、従来のようなメタルボンディングの工程を
省略することができるので、メタルボンディング時の昇
温工程でのターゲット割れを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスパッタ装置のターゲット電極の
断面図

【図２】Ｈｅ等のガスを封じこめたターゲット電極を示
す断面図

【図３】ターゲット電極とターゲット電極ホルダとを組
合せた状態を示す断面図

【図４】本発明に係るスパッタ装置の断面図

【図５】バ
ッキングプレートにターゲットが固定された状態を示す
断面図

【図６】ターゲット押え金具とターゲットだけを示す断
面図

【図７】図６に示すターゲット押え金具とターゲットの
平面図

【符号の説明】

２…ターゲット、３…バッキングプレート、４…ターゲ
ット押え金具、４ａ…ターゲット押え金具の構成部材、
３２…Ｏリング、３３…液体金属、４１…ガス、７０…
ギャップ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット電極を備えたスパッタ装置にお
   いて、上記ターゲット電極は、ターゲットのスパッタ面
   に対し、ターゲットを平行に膨張可能に保持できること
   を特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】上記ターゲット電極は、ターゲットを保持
   するバッキングプレートと、ターゲットを押えるターゲ
   ット押え手段とからなり、このターゲット押え手段は、
   ターゲットを保持する係止状体であることを特徴とする
   請求項１記載のスパッタ装置。
3. 【請求項３】上記ターゲット電極は、シール材を介して
   、バッキングプレートとターゲットとを固定し、このバ
   ッキングプレートとターゲットとの間に、流動体からな
   る熱伝導媒体を密閉保持することを特徴とする請求項２
   記載のスパッタ装置。
4. 【請求項４】上記熱伝導媒体は、液体金属であることを
   特徴とする請求項３記載のスパッタ装置。
5. 【請求項５】上記熱伝導媒体は、気体であることを特徴
   とする請求項３記載のスパッタ装置。
6. 【請求項６】上記バッキングプレートは、ターゲットに
   、直接接触する冷却剤を流す凹部を備えていることを特
   徴とする請求項１または２記載のスパッタ装置。
7. 【請求項７】ターゲットを保持するための、バッキング
   プレートとターゲット押え手段とからなるスパッタ装置
   のターゲット電極において、上記バッキングプレートは
   、このバッキングプレートとターゲットとの間に流動体
   からなる熱伝導媒体を密閉保持する凹部を備え、シール
   材を介して、バッキングプレートにターゲットを固定す
   ることを特徴とするターゲット電極。
8. 【請求項８】上記ターゲット押え手段は、ターゲットを
   保持できる係止状体であるとともに、ターゲットのスパ
   ッタ面に対し、ターゲットを平行に膨張可能に保持でき
   ることを特徴とする請求項７記載のターゲット電極。
9. 【請求項９】上記ターゲット押え手段は、ターゲットの
   外周に沿って、複数箇所に、このターゲット押え手段を
   構成する構成部材を配置して構成されていることを特徴
   とする請求項７または８記載のターゲット電極。
10. 【請求項１０】上記ターゲット押え手段は、隣接する構
    成部材の対向部が、互いに噛み合う歯部を有して構成さ
    れることを特徴とする請求項８または９記載のターゲッ
    ト電極。